隨著計算機技術的迅猛發(fā)展,船舶的輪機自動化程度日益提高,輪機管理人員的技術培訓和技術更新十分迫切和必要。輪機模擬系統(tǒng)能模擬輪機自動化的各種功能,并利用計算機技術結(jié)合必要的硬件設備,完成輪機的模擬操縱。
輪機自動化是用自動化儀表、控制元件、邏輯元件、計算機等組成的各種控制系統(tǒng)。它能部分或絕大部分代替輪機管理人員,實現(xiàn)對機艙中的運行參數(shù)進行自動控制、監(jiān)視、顯示、記錄和報警,以及對主要機器設備進行自動控制。本文介紹我們研制的新型輪機模擬系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)基本構成
本系統(tǒng)由計算機、PLC、主控制臺、鍋爐操作屏、電站操作屏等部分組成。
學員計算機用于對輪機系統(tǒng)管道設備的操作,排除教師計算機設置的故障,主機機旁應急操作;教師計算機用于監(jiān)視、控制學員在學員計算機上的操作,系統(tǒng)故障設置,同時,兼有駕駛臺控制功能,報警計算機用于輪機系統(tǒng)各主要參數(shù)的異常情況報警和學員操作順序的記錄。打印機用于異常情況報警輸出和學員操作記錄的打印輸出。
主控制臺PLC主要實現(xiàn)集中控制室控制的各種功能,完成各PLC與計算機之間數(shù)據(jù)和命令的交換,鍋爐操作屏PLC能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐的模擬操作,電站操作屏PLC用于實現(xiàn)電站模擬操作。
主控臺由車鐘、油門操縱桿、輪機系統(tǒng)主要參數(shù)的模擬顯示儀表、主機控制方式切換操縱開關、輪機系統(tǒng)主要設備運行玻態(tài)指示燈、主機起動裝置狀態(tài)指示燈、應急操縱按鈕和應急報警指示燈等部分組成。
鍋爐操作屏由一些操作開關和指示燈組成,它能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐水位和蒸汽壓力的自動控制,手動、自動點火,自動熄火,油量大小自動控制。
電站操縱屏由儀表、操作開關、指示燈三部分組成,它可以實現(xiàn)發(fā)電機的起動控制、并電控制、轉(zhuǎn)角和頻率自動控制。
2 功能特點簡介
2.1 主機轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)
主機轉(zhuǎn)速是輪機系統(tǒng)最重要的參數(shù)之一,也是控制最復雜的系統(tǒng)之一。本系統(tǒng)主機轉(zhuǎn)速控制采用轉(zhuǎn)速負荷(油量)控制方式,通過自動切換,既可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動控制,又可實現(xiàn)負荷(油量)自動控制,當處于轉(zhuǎn)速控制時,設定轉(zhuǎn)速,負荷(油量)控制隨動。當處于負荷(油量)控制時,設定負荷(油量)轉(zhuǎn)速控制隨動。
2.2 主機控制方式的切換
主機的控制方式有遙遠控制(簡稱遙控)和機旁操縱,遙控有集中控制室控制和駕駛室控制兩種方式。主機遙控不同于機旁操縱,它從車令發(fā)送到主機運行狀態(tài)的改變,其間有一套復雜的邏輯控制和程序控制,通過這套控制系統(tǒng),能夠保證遙控機器設備運行的準確、安全和可靠。控制方式切換的邏輯,如圖1所示。
正常情況主機處于上述三種控制方式之二,當生機控制方式切換時,如條件不完全滿足,則該控制方式指示燈閃爍,主機仍保持原控制方式。
2.3 主機臨界轉(zhuǎn)速回避
當主機轉(zhuǎn)速處于65轉(zhuǎn)/分至75轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)時,由于主機軸系的固有自振頻率,系統(tǒng)將產(chǎn)生共振現(xiàn)象,嚴重時造成機器損壞。因此,主機應不在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)工作,或快速通過臨界區(qū),以保證機器的安全和機器運轉(zhuǎn)的正常。本模擬系統(tǒng)主機轉(zhuǎn)速處于臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時,可以快速率自動降至65轉(zhuǎn)/分或升至75轉(zhuǎn)/分。
3 基本操作過程
3.1 主機起動的模擬方法
主機遙控起動時,PI,C完成兩部分工作,一是邏輯判斷起動的條件,在起動條件滿足的情況下,一系列的起動準備動作是否在規(guī)定時間內(nèi)完成;二是主機起動后,生機轉(zhuǎn)速是否在規(guī)定時間內(nèi)先后達到斷氣轉(zhuǎn)速、發(fā)火轉(zhuǎn)速、起動轉(zhuǎn)速。
3.2 主機轉(zhuǎn)速控制的方法
遙控方式時,主機轉(zhuǎn)速設定值是通過集控室的油門桿或駕控臺的車鐘送發(fā)出的,經(jīng)過輪機長速度限制、程序負荷加速速率限制等環(huán)節(jié),輸出值經(jīng)油量調(diào)節(jié)回路后作為主機轉(zhuǎn)速的給定值進行PID調(diào)節(jié)。
3.3 故障設置和排除故障的方法
故障是通過教師計算機設置的。教師在教師機上啟動故障設置功能后;可以對系統(tǒng)申各種設備設置,故障一旦設置成功,主控計算機將相應的標志送主控PLC,主控PILC進行邏輯判斷和運算,產(chǎn)生相應的故障現(xiàn)象,聲、光報警,學員根據(jù)報警現(xiàn)象,在學員計算機上查找可能的設備進行排除。
本系統(tǒng)在設計上,綜合考慮軟硬件的性能價格比,結(jié)合輪機系統(tǒng)的特點,硬件上主要模擬了集中控制室的控制(主控制臺),鍋爐的控制和電站的控制;軟件上模擬了輪機系統(tǒng)的全部管道系統(tǒng)圖,以及管道系統(tǒng)設備的操作。計算機的選取上,使用了三臺計算機,合理分配各計算機的職能,達到了優(yōu)化。
參考文獻:
[1] 黃慶宏.汽輪機與燃氣輪機原理及應用[M].南京:東南大學出版社,2005.
